إرسال واستقبال نفس نوع جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية
في السنوات الأخيرة، مع الحاجة إلى التعريف التلقائي في عملية الإنتاج والتجميع الآلي الصناعي، وخاصة الحاجة إلى تحديد المدى التلقائي ونظام الملاحة ونظام التعرف البصري للروبوتات الصناعية، ظهرت مجموعة متنوعة من طرق ومبادئ التعريف. وفقًا لحاملات المعلومات المختلفة، يمكن تلخيصها على أنها الطريقة البصرية والطريقة بالموجات فوق الصوتية. ومع ذلك، فإن الطريقة البصرية لها حدودها في بعض مجالات التطبيق، في المقابل، تتمتع الطريقة بالموجات فوق الصوتية بمزايا واضحة في هذه الجوانب: سرعة انتشار الموجات فوق الصوتية هي واحد على مليون من موجة الضوء فقط، لذلك يمكنها قياس الهدف مباشرة على مسافة قريبة نسبيًا، والدقة الطولية عالية؛ الموجة الصوتية غير حساسة للون والإضاءة ويمكن استخدامها لتحديد الأشياء ذات الشفافية الضعيفة والانعكاس المنتشر؛ إنها غير حساسة للضوء الخارجي والحقل الكهرومغناطيسي، ويمكن استخدامها في الظلام أو الغبار أو الدخان أو التداخل الكهرومغناطيسي القوي أو البيئات القاسية السامة وغيرها؛ يتميز مستشعر الموجات فوق الصوتية ببنية بسيطة وحجم صغير وتكلفة منخفضة ومعالجة معلومات بسيطة وموثوقة، ويسهل تصغيرها ودمجها. يستخدم جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية التقليدي محولين، والبنية معقدة، ومن السهل أن تسبب تداخلاً بين بعضها البعض؛ يتم اعتماد نظام تعويض درجة الحرارة، مما يزيد التكلفة ولا يساعد على الانتشار.
الغرض من جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية هذا هو التغلب على أوجه القصور في الفن السابق، وتوفير نوع من جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية مع قدرة قوية على مكافحة التداخل وعرض ديناميكي في الوقت الحقيقي للمسافة المقاسة.
من أجل تحقيق الأغراض المذكورة أعلاه، فإن المخطط الفني لنفس النوع من أجهزة تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية هو: نفس النوع من أجهزة تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية ، والذي يتضمن محولات، دائرة الإرسال، دائرة الاستقبال، وحدة تحكم MCU، تتكون دائرة الاستقبال بشكل أساسي من دائرة التضخيم المسبق، مرشح النطاق الترددي، دائرة الكسب التلقائي، دائرة التشكيل، مرشح التردد المنخفض، والتي تتميز بالمحول ودائرة الإرسال، دائرة الاستقبال متصلة، دائرة الإرسال، دائرة الاستقبال متصلة بوحدة تحكم MCU، على التوالي. وحدة تحكم الكمبيوتر الدقيقة أحادية الشريحة متصلة بالكمبيوتر العلوي؛ تتحكم وحدة تحكم MCU في دائرة الإرسال، بحيث تدفع دائرة الإرسال بالموجات فوق الصوتية المحول لإصدار إشارة نبضية ضيقة بالموجات فوق الصوتية بانتظام، بينما يستقبل المحول الموجة المنعكسة، تقوم دائرة الاستقبال بتضخيم الموجة المنعكسة ونقلها إلى وحدة تحكم MCU، تلتقط وحدة تحكم MCU الفاصل الزمني المقابل لقيمة الذروة للموجة المرسلة والموجة المنعكسة. ثم يتم إرسال إشارة الوقت إلى الكمبيوتر العلوي بواسطة معيار ناقل RS-485.
تتكون دائرة مكبر الصوت المسبق من مكبر الصوت LM386، والمقاومة الكهربائية R، والمقاوم R2، والمقاوم R، والمكثف C، والمكثف C2، والمكثف C₁ المتصل بمكبر الصوت LM386، والمكثف C متصل بالدبوس 1 والدبوس 8، والإشارة من المقاوم R إلى الطرف المتصل بالمدخل الأمامي. المقاومة R2 أحد طرفي التوصيل المقاومة R، والطرف الآخر من التوصيل، والمقاومة R والسعة C، وتوصيل المدخل والمخرج العكسي، وتشكيل ردود الفعل، ومكبر الصوت LM386، وتوصيل 5 دبابيس توصيل السعة C₂ والسعة C، والسعة C₂ أحد طرفي التوصيل، وتغيير حجم السعة C₁ يمكن تعديل قيمة المكسب.
تتكون دائرة الكسب التلقائي بشكل أساسي من المقاومة ومكبر التشغيل والصمام الثنائي وأنبوب تأثير المجال ومخرج دائرة الكسب التلقائي من خلال المقاومة R؛ متصل بنهاية الإدخال الأمامية لمكبر التشغيل 1، يتم توصيل نهاية المقاومة R2 بنهاية الإدخال الأمامية، والطرف الآخر متصل، ونهاية الإدخال العكسي لمكبر التشغيل 1 من خلال المقاومة R، متصل بنهاية الإخراج، والمقاومة R₃ متصلة بنهاية الإدخال العكسي، ومخرج مكبر التشغيل 1 من خلال المقاومة R₃ المتصلة بنهاية الإدخال العكسي لمكبر التشغيل 2، ومدخله الأمامي إلى الأرض من خلال المقاومة R، ويتم توصيل خرج مكبر التشغيل 2 بالإيجابي للديود D2، ويتم توصيل السالب للديود D2 بالسالب للديود D1، ويتم توصيل الموجب للديود D1 بمخرج مكبر التشغيل 1؛ يتم توصيل الطرف السالب للديود D2 بالإدخال العكسي لمكبر التشغيل 3 من خلال المقاومة R، ويتم توصيل الإدخال والإخراج العكسي للمقاومة R؛ المدخل الأمامي للمضخم التشغيلي 3 عبر المقاومة القابلة للتعديل R، إلى الأرض، المضخم التشغيلي 3 عبر المقاومة R المتصلة ببوابة أنبوب تأثير المجال، والصرف إلى الأرض، والمصدر متصل بالمدخل العكسي للمضخم التشغيلي 1، وتشكيل ردود الفعل؛ المضخم التشغيلي 2 والمضخم التشغيلي 3 وأنبوب تأثير المجال يشكل ردود الفعل للمضخم التشغيلي 1 والمضخم التشغيلي 2 والمضخم التشغيلي 3 وفقًا لحجم إشارة الإدخال لضبط جهد شبكة أنبوب تأثير المجال، وذلك لضبط مقاومة ردود الفعل للمضخم التشغيلي 1، وتغيير مكسبها، وذلك لتغيير حجم إشارة الخرج، وذلك لجعلها في نطاق معين.
يعتمد جهاز الاستقبال وجهاز استقبال نفس نوع جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية على الهيكل المذكور أعلاه وله الخصائص التالية:
- يعتمد محول الإرسال ومحول الاستقبال على نفس المحول، مما يمكنه تجنب تداخل الموجة المرسلة مع الموجة المنعكسة، ويساعد على التكامل والتصغير؛
- استخدام تكنولوجيا الكمبيوتر الدقيقة أحادية الشريحة لالتقاط الفاصل الزمني المقابل لذروة الموجة المرسلة والموجة المنعكسة؛ ثم يتم إرسال إشارة الوقت إلى معيار ناقل RS-485 إلى الكمبيوتر، من خلال لغة Visual Basic6.0 المتقدمة لتجميع واجهة مرئية، ومعالجة تصفية البيانات، والعرض الديناميكي في الوقت الحقيقي للمسافة المقاسة؛
- يعتبر مكبر التشغيل الرئيسي مع مكبر الطاقة الصوتية LM386 كدائرة مكبر اكتشاف الموجة المنعكسة بسيطًا في البنية وله نسبة جنس إلى ضوضاء جيدة؛
- تحل طريقة المعايرة الديناميكية القائمة على المواد المرجعية محل رابط تعويض درجة الحرارة التقليدي، وتزيل العامل العرضي، وتحقق المعايرة الديناميكية في الوقت الفعلي، وتوفر التكلفة؛
5) تعمل طريقة اكتشاف الذروة على تعويض خطأ القياس وتحسين دقة الكشف؛
تعتمد دائرة مكبر الصوت المسبق على دائرة مكبر الصوت القائمة على مكبر الصوت LM386، مقارنة بمكبر التشغيل العادي، ليس فقط لديها نسبة إشارة إلى ضوضاء جيدة، ولكن لديها أيضًا بنية بسيطة وسهلة التكامل. تستخدم دائرة الكسب التلقائي (AGC) مكبر التشغيل وأنبوب التأثير الميداني لتشكيل مكبر متحكم فيه، ويعمل أنبوب التأثير الميداني كمقاوم يتم التحكم فيه بالجهد لتشكيل حلقة تنظيم ردود الفعل. يمكن التحكم في مقاومة الخرج المكافئة لـ FET عن طريق تغيير فرق الضغط بين البوابة ومصدر FET، وذلك لتغيير حجم إشارة الإدخال. باستخدام طريقة المعايرة الديناميكية القائمة على المواد المرجعية، يتم التخلي عن رابط تعويض درجة الحرارة التقليدي (بما في ذلك مستشعر درجة الحرارة ودائرة أخذ العينات والإمساك، وما إلى ذلك)، مما يبسط إلى حد كبير بنية النظام وله أداء في الوقت الفعلي.
شكل توضيحي
الشكل 1 هو مخطط كتلي لهيكل نموذج المنفعة.
الشكل 2 هو مخطط تدفق برنامج وحدة التحكم في الكمبيوتر الدقيق أحادي الشريحة.
الشكل 3 هو مخطط تدفق معالجة البيانات للكمبيوتر العلوي.
الشكل 4 هو الواجهة الرئيسية لمعالجة البيانات.
يوضح الشكل 5 مخطط دائرة التضخيم المسبق.
يوضح الشكل 6 مخطط دائرة تضخيم المكسب التلقائي.
وضع التنفيذ المحدد
كما هو موضح في الشكل 1، فإن جهاز الاستقبال وجهاز الاستقبال من نفس حجم مقياس المدى بالموجات فوق الصوتية، والذي يتضمن محولًا ودائرة إرسال ودائرة استقبال ووحدة تحكم MCU ودائرة الاستقبال تتكون بشكل أساسي من دائرة تضخيم مسبق ومرشح نطاق ترددي ودائرة مكسب تلقائي ودائرة تشكيل ومرشح تمرير منخفض ومحول ودائرة إرسال ودائرة استقبال متصلة، يتم توصيل دائرة الإرسال ودائرة الاستقبال بوحدة تحكم الكمبيوتر الدقيقة أحادية الشريحة، ويتم توصيل وحدة تحكم الكمبيوتر الدقيقة أحادية الشريحة بالكمبيوتر العلوي؛ تتحكم وحدة تحكم MCU في دائرة الإرسال، بحيث تدفع دائرة الإرسال بالموجات فوق الصوتية المحول لإصدار إشارة نبضية ضيقة بالموجات فوق الصوتية بشكل دوري، بينما يستقبل المحول الموجة المنعكسة، ستقوم دائرة الاستقبال بتكبير الموجة المنعكسة وإرسالها إلى وحدة تحكم MCU، تلتقط وحدة تحكم MCU الفاصل الزمني المقابل لقيمة الذروة للموجة المرسلة والموجة المنعكسة. ثم يتم إرسال إشارة الوقت إلى الكمبيوتر العلوي بواسطة معيار ناقل RS-485.
كما هو موضح في الشكل 5، تتكون دائرة مكبر الصوت المسبق المذكورة من مكبر الصوت LM386، والمقاوم R، والمقاوم R2، والمقاوم R، والمكثف C2 ₂، والمكثف C₄ ₄. يتم توصيل المكثف C₄ ₄ بالدبوس 1 والدبوس 8 لمكبر الصوت LM386. يتم إدخال الإشارة ₄ من المقاوم R إلى المدخل الأمامي. يتم توصيل R₂ بـ R، وتشكل ₁ ₁ الأخرى الأرض. يشكل R₃ وC₁ ₁ نموذج تغذية مرتدة. يتم توصيل دبوس الإخراج 5 لمكبر الصوت LM386 ₃ بـ C2 وC₃. مقدار C₃ ₁ هو ₁ لضبط المكسب.
كما هو موضح في الشكل 6، تتكون دائرة الكسب التلقائي الموضحة بشكل أساسي من مقاوم ومكبر تشغيلي وثنائي وأنبوب تأثير المجال. يتم توصيل خرج دائرة الكسب التلقائي بالمدخل الأمامي لمكبر التشغيل 1 من خلال المقاومة R. يتم توصيل طرف المقاومة R2 بالمدخل الموجب والطرف الآخر ₄ يتم توصيل المدخل العكسي لمكبر التشغيل 1 بالمخرج عبر المقاومة R₄. المقاومة R₃ تتصل بالمدخل العكسي للأرض ويمر خرج مكبر التشغيل 1 عبر المقاومة R. متصل بالمدخل العكسي لمكبر التشغيل 2، الذي مدخله الأمامي للأرض من خلال المقاومة R، ومخرج مكبر التشغيل 2 متصل بالقطب الموجب للديود D2، والسالب للديود D2 متصل بالسالب للديود D1، والموجب للديود D1 متصل بمخرج مكبر التشغيل 1. السالب للديود D2 متصل بالمدخل العكسي لمكبر التشغيل 3 عبر المقاومة R، والمقاوم R متصل بالمدخل والمخرج العكسيين؛ نهاية الإدخال الأمامي لمكبر التشغيل 3 من خلال المقاومة القابلة للتعديل R، إلى الأرض، ومكبر التشغيل 3 من خلال المقاومة R المتصلة ببوابة أنبوب التأثير الميداني، والصرف إلى الأرض، والمصدر متصل بنهاية الإدخال العكسي لمكبر التشغيل 1، لتشكيل ردود فعل؛ يقوم مكبر التشغيل 2 ومكبر التشغيل 3 وأنبوب التأثير الميداني بتشكيل تغذية مرتدة لمكبر التشغيل 1 ومكبر التشغيل 2 ومكبر التشغيل 3 وفقًا لحجم إشارة الإدخال لضبط جهد شبكة أنبوب التأثير الميداني، وذلك لضبط مقاومة التغذية المرتدة لمكبر التشغيل 1 وتغيير مكسبه، وذلك لتغيير حجم إشارة الخرج، وجعلها في نطاق معين. كما هو موضح في الشكل 1، فإن سرعة انتشار الموجة الصوتية في الهواء C مؤكدة، ويمكن قياس الفاصل الزمني للموجة المرسلة والموجة العاكسة لمحول الموجات فوق الصوتية 7 لحساب المسافة S من المحول إلى الجسم المقاس
.
من خلال تضخيم المكسب التلقائي، والتصفية، والكشف، والمقارنة وغيرها من الروابط، للحصول على إشارة الموجة المنعكسة المناسبة؛ باستخدام تقنية الكمبيوتر أحادية الشريحة لالتقاط الفاصل الزمني المقابل لقيمة الذروة للموجة المرسلة والموجة المنعكسة؛ ثم يتم إرسال إشارة الوقت إلى الكمبيوتر بواسطة معيار ناقل RS-485. يتم تجميع الواجهة المرئية بواسطة Visual Basic6.0، ويتم تصفية البيانات، ويتم عرض المسافة المقاسة ديناميكيًا في الوقت الفعلي. يتم محاذاة رأس الاختبار مع الكائن المقاس، ثم قم بتشغيل الكمبيوتر العلوي، يصدر الكمبيوتر العلوي أمر الاختبار OFFH إلى الكمبيوتر الصغير أحادي الشريحة، ثم انتظر الكمبيوتر الصغير أحادي الشريحة لإرسال إشارة الاستجابة 00H، إذا لم يتم تلقي إشارة استجابة، فأرسل أمر البدء إلى الكمبيوتر الصغير أحادي الشريحة مرة أخرى. إذا تم تلقي إشارة الاستجابة، يتم إرسال إشارة المصافحة OFOH إلى الكمبيوتر الصغير أحادي الشريحة. عندما تكون المصافحة ناجحة، يبدأ الكمبيوتر الصغير أحادي الشريحة الاختبار، وينقل أولاً مسافة اختبار الكائن المرجعي إلى الكمبيوتر العلوي، ثم ينقل مسافة اختبار الكائن المقاس إلى الكمبيوتر العلوي. يتم إكمال مهمة معالجة البيانات بواسطة الكمبيوتر المضيف. سيستقبل الكمبيوتر المضيف البيانات كل 50 ثانية مجاورة لإجراء مرشح رقمي، ثم يتم دمجها مع مسافة اختبار المرجع ومسافة اختبار الكائن المقاس والمسافة الفعلية للكائن المرجعي ويمكن حساب المسافة الفعلية للكائن المقاس. تحل هذه الطريقة محل طريقة تعويض درجة الحرارة التقليدية، وتزيل عامل العرض، وتحقق المعايرة الديناميكية في الوقت الفعلي. يتم تجميع برنامج معالجة البيانات للكمبيوتر العلوي بواسطة Visual Basic 6.0، وله واجهة مرئية (كما هو موضح في الشكل 4)، والتي يمكنها عرض المسافة المقاسة في الوقت الفعلي بخط منحني. يظهر تدفق برنامج وحدة التحكم في الكمبيوتر الصغير أحادي الشريحة في الشكل 2، ويظهر تدفق معالجة البيانات للكمبيوتر العلوي في الشكل 3.
لمزيد من المعلومات حول جهاز تحديد المدى بالليزر ، يرجى الانتباه إلى www.erdicn.com.
اقرأ المزيد
- جهاز تحديد المدى بالليزر مع قياس الموجة البصرية
- ERDI TECH LTD - تقنية مبتكرة لقياس المسافات بالليزر لقياس المسافات والاتصال بكفاءة
- جهاز تحديد المدى بالليزر الدقيق من ERDI TECH LTD
- مقدمة عن جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية لتحديد المواقع بالليزر
- حلول تحديد المدى بالليزر لقياس المسافات الصناعية والعسكرية
